peróxido de hidrogênio - importância e determinação

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Quim. Nova, Vol. 26, No. 3, 373-380, 2003 Revisão *e-mail: [email protected] PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO: IMPORTÂNCIA E DETERMINAÇÃO Ivanildo Luiz de Mattos*, Karina Antonelli Shiraishi, Alexandre Delphini Braz e João Roberto Fernandes Departamento de Química, Faculdade de Ciências, Universidade Estadual Paulista, CP 473, 17033-360 Bauru-SP Recebido em 28/6/02; aceito em 9/10/02 HYDROGEN PEROXIDE: IMPORTANCE AND DETERMINATION. A brief discussion about the hydrogen peroxide importance and its determination is presented. It was emphasized some consideration of the H 2 O 2 as reagent (separated or combined), uses and methods of analysis (techniques, detection limits, linear response intervals, sensor specifications). Moreover, it was presented several applications, such as in environmental, pharmaceutical, medicine and food samples. Keywords: hydrogen peroxide; sensors; biosensors. INTRODUÇÃO O peróxido de hidrogênio é um dos oxidantes mais versáteis que existe, superior ao cloro, dióxido de cloro e permanganato de potás- sio; através de catálise, H 2 O 2 pode ser convertido em radical hidroxila ( OH) com reatividade inferior apenas ao flúor. Listando-se os oxidantes mais poderosos e associando-os aos seus respectivos po- tenciais padrão (em V) tem-se: flúor (3,0), radical hidroxila (2,8), ozônio (2,1), peróxido de hidrogênio (1,77), permanganato de po- tássio (1,7), dióxido de cloro (1,5) e cloro (1,4). Além de agente oxidante (H 2 O 2 + 2H + + 2e - 2H 2 O, 1,77 V) o peróxido de hidrogê- nio pode também ser empregado como agente redutor (H 2 O 2 + 2OH - O 2 + H 2 O + 2e - , -0,15 V) 1,2 . Apesar do poder de reação, peróxido de hidrogênio é um metabólito natural em muitos organismos o qual, quando decom- posto, resulta em oxigênio molecular e água. É formado pela ação da luz solar na água (foto-reação) em presença de substâncias húmicas (material orgânico dissolvido) 3-5 . É reconhecidamente citado como o oxidante mais eficiente na conversão de SO 2 em SO 4 2- , um dos maiores responsáveis pela acidez das águas de chuva 6-8 . Estudos têm demonstrado que a formação de peróxido de hidrogênio pode estar relacionada com a presença de espécies químicas, tais como SO 4 2- , NO 3 - e H + , nível de precipitação das chuvas, temperatura, direção do vento, intensidade da radiação solar etc. Acredita-se também que as descargas elétricas (raios) contribuem para incrementar a sua con- centração 7,8 . De fato, amostras de águas de chuva coletadas antes e após temporal com raios e trovões apresentaram dados de H 2 O 2 iguais a 3 e 15 μmol L -1 respectivamente 7-9 . A primeira comercialização de H 2 O 2 data de 1800, e sua produ- ção mundial aumenta a cada ano. Acredita-se que o peróxido de hi- drogênio, na forma isolada ou combinada (principalmente) seja um dos reagentes mais empregados nas mais diversas aplicações 10-12 . Certamente a sua utilização deve ser conduzida com segurança e responsabilidade, para se evitar riscos de queimas e explosões 13 . Em adição ao controle da poluição, muitas vezes com ênfase ao monitoramento ambiental 6-13 , o peróxido de hidrogênio é emprega- do nos processos de branqueamento nas indústrias têxtil, de papel e celulose 13-16 . Também a determinação de peróxido de hidrogênio tem grande importância na área médica, pois sua presença deve ser monitorada para se evitar que as células sofram estresse 17-24 . Como apresentado recentemente 16 , os processos mais eficazes no tratamento de efluentes são aqueles denominados como “Proces- sos Oxidativos Avançados” (POA) 25,26 . Estes são baseados na gera- ção do radical hidroxila ( OH) que tem alto poder oxidante e pode promover a degradação de vários compostos poluentes em pouco tempo 27-34 . Dentre os vários processos para a obtenção destes radi- cais livres, destacam-se a utilização de ozônio, peróxido de hidrogê- nio, mistura destes (O 3 /H 2 O 2 ou O 3 /H 2 O 2 /UV), fotocatálise e o reagente de Fenton (mistura de peróxido de hidrogênio e sais ferrosos) 16,25 . Segundo Leão 35 , “estes radicais livres podem combi- nar-se para formar algumas moléculas ativas, as quais são de grande utilidade para o tratamento de água, tais como peróxido de hidrogê- nio e de ozônio, produtos importantes também do ponto de vista de desinfecção”. O peróxido de hidrogênio é também importante nas áreas envol- vidas com alimentos 36-39 , medicamentos 40-42 , monitoramento de pro- cessos 43-45 , dentre outras. Está presente em inúmeras reações bioló- gicas como principal produto de várias oxidases 2,46 , e é um parâmetro importante na quantificação destes bio-processos 46,47 . O H 2 O 2 pode ser determinado por volumetria 48,49 , espectrofo- tometria 50-52 , fluorimetria 53,54 , quimiluminescência 55,56 , algumas vezes com o emprego de fibra óptica 57,58 , cromatografia 59,60 e por métodos eletroquímicos 61-65 . Com exceção dos eletroquímicos, os métodos ci- tados são vulneráveis a espécies interferentes, apresentam morosidade no tocante ao preparo de amostra e geralmente requerem o uso de reagentes de preços elevados. As propostas fazendo uso de técnicas eletroquímicas demonstram, por outro lado, boas seletividade e sensi- bilidade (limite de detecção da ordem de 0,1 μmol L -1 ), amplo interva- lo de determinação e rápida resposta do eletrodo; além disso, não sofrem interferências em função da coloração das amostras. Nor- malmente, o princípio da detecção de H 2 O 2 é pela oxidação direta em eletrodos de platina ou carbono 66 , entretanto devido a elevados valores de potencial (algo em torno de 300 a 600 mV vs. Ag/AgCl) aplicados nos eletrodos de trabalho, estes sensores também são sus- ceptíveis a outras espécies eletroativas 46 . Para solucionar este pro- blema, diversos procedimentos de modificações químicas e eletroquímicas nas superfícies dos eletrodos de trabalho têm sido pesquisados 67-73 . O presente texto apresenta uma breve revisão da importância do peróxido de hidrogênio e sua determinação. Primeiramente, são tecidas algumas considerações sobre a química deste reagente bem como alguns de seus empregos. Também foram incluídos alguns as- pectos do H 2 O 2 na química do meio ambiente; a idéia foi a de de-

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Page 1: Peróxido de hidrogênio - importância e determinação

Quim. Nova, Vol. 26, No. 3, 373-380, 2003

Revis

ão

*e-mail: [email protected]

PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO: IMPORTÂNCIA E DETERMINAÇÃO

Ivanildo Luiz de Mattos*, Karina Antonelli Shiraishi, Alexandre Delphini Braz e João Roberto FernandesDepartamento de Química, Faculdade de Ciências, Universidade Estadual Paulista, CP 473, 17033-360 Bauru-SP

Recebido em 28/6/02; aceito em 9/10/02

HYDROGEN PEROXIDE: IMPORTANCE AND DETERMINATION. A brief discussion about the hydrogen peroxide importanceand its determination is presented. It was emphasized some consideration of the H

2O

2 as reagent (separated or combined), uses

and methods of analysis (techniques, detection limits, linear response intervals, sensor specifications). Moreover, it was presentedseveral applications, such as in environmental, pharmaceutical, medicine and food samples.

Keywords: hydrogen peroxide; sensors; biosensors.

INTRODUÇÃO

O peróxido de hidrogênio é um dos oxidantes mais versáteis queexiste, superior ao cloro, dióxido de cloro e permanganato de potás-sio; através de catálise, H

2O

2 pode ser convertido em radical hidroxila

(•OH) com reatividade inferior apenas ao flúor. Listando-se osoxidantes mais poderosos e associando-os aos seus respectivos po-tenciais padrão (em V) tem-se: flúor (3,0), radical hidroxila (2,8),ozônio (2,1), peróxido de hidrogênio (1,77), permanganato de po-tássio (1,7), dióxido de cloro (1,5) e cloro (1,4). Além de agenteoxidante (H

2O

2 + 2H+ + 2e- → 2H

2O, 1,77 V) o peróxido de hidrogê-

nio pode também ser empregado como agente redutor (H2O

2 + 2OH-

→ O2 + H

2O + 2e-, -0,15 V)1,2.

Apesar do poder de reação, peróxido de hidrogênio é ummetabólito natural em muitos organismos o qual, quando decom-posto, resulta em oxigênio molecular e água. É formado pela ação daluz solar na água (foto-reação) em presença de substâncias húmicas(material orgânico dissolvido)3-5. É reconhecidamente citado comoo oxidante mais eficiente na conversão de SO

2 em SO

42-, um dos

maiores responsáveis pela acidez das águas de chuva6-8. Estudos têmdemonstrado que a formação de peróxido de hidrogênio pode estarrelacionada com a presença de espécies químicas, tais como SO

42-,

NO3- e H+, nível de precipitação das chuvas, temperatura, direção do

vento, intensidade da radiação solar etc. Acredita-se também que asdescargas elétricas (raios) contribuem para incrementar a sua con-centração7,8. De fato, amostras de águas de chuva coletadas antes eapós temporal com raios e trovões apresentaram dados de H

2O

2 iguais

a 3 e 15 µmol L-1 respectivamente7-9.A primeira comercialização de H

2O

2 data de 1800, e sua produ-

ção mundial aumenta a cada ano. Acredita-se que o peróxido de hi-drogênio, na forma isolada ou combinada (principalmente) seja umdos reagentes mais empregados nas mais diversas aplicações10-12.Certamente a sua utilização deve ser conduzida com segurança eresponsabilidade, para se evitar riscos de queimas e explosões13.

Em adição ao controle da poluição, muitas vezes com ênfase aomonitoramento ambiental6-13, o peróxido de hidrogênio é emprega-do nos processos de branqueamento nas indústrias têxtil, de papel ecelulose13-16. Também a determinação de peróxido de hidrogênio temgrande importância na área médica, pois sua presença deve sermonitorada para se evitar que as células sofram estresse17-24.

Como apresentado recentemente16, os processos mais eficazesno tratamento de efluentes são aqueles denominados como “Proces-sos Oxidativos Avançados” (POA)25,26. Estes são baseados na gera-ção do radical hidroxila (•OH) que tem alto poder oxidante e podepromover a degradação de vários compostos poluentes em poucotempo27-34. Dentre os vários processos para a obtenção destes radi-cais livres, destacam-se a utilização de ozônio, peróxido de hidrogê-nio, mistura destes (O

3/H

2O

2 ou O

3/H

2O

2/UV), fotocatálise e o

reagente de Fenton (mistura de peróxido de hidrogênio e saisferrosos)16,25. Segundo Leão35, “estes radicais livres podem combi-nar-se para formar algumas moléculas ativas, as quais são de grandeutilidade para o tratamento de água, tais como peróxido de hidrogê-nio e de ozônio, produtos importantes também do ponto de vista dedesinfecção”.

O peróxido de hidrogênio é também importante nas áreas envol-vidas com alimentos36-39, medicamentos40-42, monitoramento de pro-cessos43-45, dentre outras. Está presente em inúmeras reações bioló-gicas como principal produto de várias oxidases2,46, e é um parâmetroimportante na quantificação destes bio-processos46,47.

O H2O

2 pode ser determinado por volumetria48,49, espectrofo-

tometria50-52, fluorimetria53,54, quimiluminescência55,56, algumas vezescom o emprego de fibra óptica57,58, cromatografia59,60 e por métodoseletroquímicos61-65. Com exceção dos eletroquímicos, os métodos ci-tados são vulneráveis a espécies interferentes, apresentam morosidadeno tocante ao preparo de amostra e geralmente requerem o uso dereagentes de preços elevados. As propostas fazendo uso de técnicaseletroquímicas demonstram, por outro lado, boas seletividade e sensi-bilidade (limite de detecção da ordem de 0,1 µmol L-1), amplo interva-lo de determinação e rápida resposta do eletrodo; além disso, nãosofrem interferências em função da coloração das amostras. Nor-malmente, o princípio da detecção de H

2O

2 é pela oxidação direta

em eletrodos de platina ou carbono66, entretanto devido a elevadosvalores de potencial (algo em torno de 300 a 600 mV vs. Ag/AgCl)aplicados nos eletrodos de trabalho, estes sensores também são sus-ceptíveis a outras espécies eletroativas46. Para solucionar este pro-blema, diversos procedimentos de modificações químicas eeletroquímicas nas superfícies dos eletrodos de trabalho têm sidopesquisados67-73.

O presente texto apresenta uma breve revisão da importância doperóxido de hidrogênio e sua determinação. Primeiramente, sãotecidas algumas considerações sobre a química deste reagente bemcomo alguns de seus empregos. Também foram incluídos alguns as-pectos do H

2O

2 na química do meio ambiente; a idéia foi a de de-

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374 Quim. NovaMattos et al.

monstrar, entre outras, a importância da sua determinação em matri-zes de ar, água etc. Finalmente, são reportadas inúmeras metodologiascom considerações da detecção, intervalo linear, limite de detecção eaplicações. Acredita-se que estas informações possam ser úteis aosestudantes de química e áreas correlatas que fazem uso deste reagentepara as mais diversas aplicações.

ALGUMAS CONSIDERAÇÕES ACERCA DO PERÓXIDODE HIDROGÊNIO

O entendimento das propriedades do peróxido de hidrogênio éde grande importância para a manipulação segura deste reagente1,13.É transparente, possui aparência da água e tem odor característico.Não é inflamável, é miscível com água em todas as proporções e é,geralmente, vendido como solução aquosa com concentrações entre20 e 60% (m/v). Por exemplo, uma solução a 35% (m/v) apresenta35% de H

2O

2 e 65% de H

2O em massa. O conteúdo ativo de oxigê-

nio nesta solução é igual a 16,5% (m/v)1. Sob temperatura ambiente,o peróxido de hidrogênio é estável, se devidamente armazenado. Pe-quenas perdas, de até 1% (m/v) ao ano, podem ocorrer no arma-zenamento em grandes tanques. A sua decomposição libera oxigê-nio molecular e calor; em soluções diluídas, o calor é facilmenteabsorvido pela água presente e, em soluções mais concentradas, ocalor aumenta a temperatura e acelera a taxa de decomposição doreagente. Estabilizadores especiais são adicionados durante a produ-ção do mesmo e inibem a decomposição catalítica causada pelo efei-to de metais, luz UV, e outras impurezas que podem acidentalmentecontaminar o reagente durante estocagem ou manuseio. Dependen-do da concentração, o peróxido de hidrogênio não queima de formaespontânea, porém sua decomposição libera oxigênio o qual alimen-ta uma combustão. Incêndios envolvendo peróxido de hidrogêniosão melhores controlados empregando-se grandes quantidades deágua.

Peróxido de hidrogênio não é considerado um explosivo, entre-tanto, quando misturado com substâncias orgânicas a determinadasconcentrações, pode resultar em um componente explosivo bastanteperigoso13. Em adição à aceleração da decomposição por meio decontaminantes, a decomposição de peróxido de hidrogênio pode seraumentada com a alcalinidade, incremento da temperatura etc. A taxade decomposição aumenta aproximadamente 2,5 vezes para cada10 °C de incremento na temperatura. Portanto, soluções devem sersempre armazenadas sob temperatura ambiente ou mesmo até sobrefrigeração.

Óculos, máscaras e roupas apropriadas devem ser sempre em-pregadas quando do uso de soluções de peróxido de hidrogênio.A inalação de vapores causa irritação e inflamação das vias respira-tórias: 1,4 mg m-3 de vapor de H

2O

2 é considerado o limite para um

período diário de 8 h.Dependendo das concentrações das soluções de peróxido de hi-

drogênio, estas são classificadas em função das classes de risco1,74:i) Soluções com concentrações menores do que 8% (m/v). Depen-

dendo da concentração, podem causar irritações nos olhos. Al-gumas destas soluções são empregadas no dia-a-dia, tais comocremes de pasta dental a 0,5% (m/v), detergentes para lentes decontato a 2% (m/v), detergentes para branqueamento a 5% (m/v),loções para tratamento de cabelos a 7,5% (m/v), entre outras.

ii) Soluções com concentrações entre 8 e 27,5% (m/v). Soluçõescom concentrações acima de 8% (m/v) são normalmente empre-gadas para fins industriais e podem, algumas vezes, dependendodas condições de armazenamento e manipulação, apresentar ris-cos de queima e explosão. São soluções consideradas de classe1, ou seja, quando expostas de forma contínua ou intensa podemcausar injúrias temporárias. Esta classe representa soluções que

não podem causar ignição espontânea quando em contato comoutros materiais combustíveis, entretanto, podem causar leve in-cremento na taxa de queima (fornecimento de oxigêniomolecular) no caso de incêndio.

iii) Soluções com concentrações entre 27,5 e 52% (m/v). Considera-das de classe 2, ou seja, quando expostas por pequeno intervalode tempo podem causar sérias injúrias residuais ou temporárias;causam queimaduras na pele e tecido se forem colocadas emcontato. São soluções que podem causar ignição espontânea quan-do em contato com outros combustíveis, além do mais, podemcausar moderado incremento na taxa de queima dos combustí-veis. Soluções com concentrações entre 35 e 52% (m/v) são nor-malmente estáveis, porém se tornam bastante instáveis com oaumento da temperatura.

iv) Soluções com concentrações entre 52 e 91% (m/v). Classifica-das como nível 3 são soluções que, quando expostas por poucotempo, podem levar até à morte. São soluções empregadas emprocessos químicos especiais. Podem causar severo incrementona taxa de queima quando em contato com materiais combustí-veis, são altamente corrosivas e capazes de detonação ou decom-posição explosiva ou ainda reação explosiva sob tratamentos atemperaturas elevadas.

v) Soluções com concentrações maiores do que 91% (m/v). Solu-ções empregadas como propulsores de foguetes. Podem levar àreação explosiva devido à contaminação ou exposição a choquetérmico ou físico; podem causar ignição espontânea de combus-tíveis e são soluções altamente reativas.

ALGUNS EMPREGOS DO PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO

Por ser bastante versátil, o peróxido de hidrogênio é utilizadopara as mais variadas finalidades. Pode ser empregado tanto na for-ma isolada quanto na combinada. A escolha da metodologia depen-de das necessidades do processo em andamento. A razão para suavasta aplicação deve-se ao fato de apresentar seletividade quandotratado sob determinadas condições experimentais. Assim, contro-lando-se a temperatura, concentração, tempo de reação, adição ounão de catalisadores etc., o H

2O

2 pode ser utilizado para oxidar um

determinado poluente mesmo na presença de outro, ou ainda origi-nar diferentes produtos de oxidação para uma mesma espécieoxidável. O tratamento de águas e esgotos, efluentes industrias em-pregando-se H

2O

2 é uma prática comum há pelo menos 20-25 anos

em países desenvolvidos10,11,74.Entre as aplicações envolvidas com o uso do peróxido de hidro-

gênio na forma isolada, tem-se controle de odores75 - oxidação desulfeto de hidrogênio; controle da corrosão15,75 - destruição de clororesidual e componentes reduzidos, tais como tiossulfato, sulfetos esulfitos; redução da demanda química e bioquímica de oxigênio15,76,77

- oxidação de poluentes orgânicos78; oxidação de componentesinorgânicos79,80 - cianetos, NO

x/SO

x, nitritos, hidrazinas, etc.; oxida-

ção de componentes orgânicos81 - hidrólise de formaldeído,carboidratos, componentes nitrogenados etc., destruição de fenóis,pesticidas, solventes, plastificantes, entre outros; controle de bio-processos82 - desinfecção, inibição de crescimento de bactérias etc.

Na forma combinada83-85 pode ser empregado em procedimentosde floculação e/ou precipitação - oxidação de complexos metálicos eincremento do desempenho de floculantes inorgânicos; tratamentode bio-processos - desinfecção, fonte de oxigênio dissolvido etc.

A redução da demanda química e bioquímica de oxigênio (DQOe DBO)15,76,77 em efluentes industriais tem sido realizada através deperóxido de hidrogênio há alguns anos. Dentre as razões, citam-semenores custos e eficiência do processo. A oxidação química diretapode ser representada por duas fases, a saber: DQO e/ou DBO +

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375Peróxido de Hidrogênio: Importância e DeterminaçãoVol. 26, No. 3

H2O

2 º EPO; EPO + H

2O

2 º CO

2 + H

2O + sais inorgânicos; onde

EPO refere-se às espécies parcialmente oxidadas. Metano, etano,propano e butano tiol (representados por RSH)81 são encontradosem muitos efluentes industriais tanto na forma líquida quanto gaso-sa, e sua oxidação por H

2O

2 pode ser também representada como

2 RSH + H2O

2 º RSSR + 2H

2O.

Peróxido de hidrogênio pode ser utilizado para oxidarformaldeído tanto em meio ácido HCHO + H

2O

2 º HCOOH + H

2O;

HCOOH + H2O

2 º 2H

2O + CO

2, quanto em meio alcalino 2HCO +

2NaOH + H2O

2 º 2HCOONa + 2H

2O + H

2. Dentre os poluentes

inorgânicos79,80, podem ser citados os óxidos de nitrogênio (conside-rados os maiores poluentes na atmosfera e sendo os precursores dachuva ácida), e a sua oxidação pelo peróxido de hidrogênio pode serrepresentada como 3NO

2 + H

2O º 2HNO

3 + NO; 2NO + HNO

3 +

H2O → 3HNO

2; HNO

2 + H

2O

2 º HNO

3 + H

2O.

O cloro, usado nas indústrias de papel e celulose (um dos setoresque mais contribui para o processo de contaminação do meio ambi-ente por compostos organoclorados)15,16, pode ter o seu equilíbrioem água representado da seguinte forma Cl

2 + H

2O º HOCl + H+ +

Cl- e HOCl º OCl- + H+, e o peróxido de hidrogênio pode reagircom as suas formas livres (HOCl e OCl-, respectivamente) a pH > 7:Cl

2 + H

2O

2 → O

2 + 2HCl.

Os cianetos, usados em vários processos de síntese química emetalúrgica (como sais ou complexos de cianeto), são altamente tó-xicos e precisam ser destruídos ou removidos dos efluentes antesdos descartes86. Os métodos para seu tratamento criam sérios proble-mas adicionais ao meio ambiente. A oxidação dos cianetos livres porperóxido de hidrogênio pode ser representada como87 CN- + H

2O

2 º

CNO- + H2O; a reação deve ocorrer em pH entre 9-10 e na presença

de um catalisador; é comum catalisar a reação com um metal detransição, tal como cobre solúvel, vanádio, tungstênio ou prata naconcentração de 5 a 50 mg L-1. O CNO- gerado é 1000 vezes menostóxico que o cianeto, e geralmente é aceito para descarte. Pode-seainda eliminar esta espécie através da hidrólise ácida CNO- + 2H

2O

º CO2 + NH

3 + OH-.

Saliente-se que HCN e íons cianeto (CN-) são as formas de cianetomais tóxicas para o homem e a vida aquática88. Cianetos estão asso-ciados a diversos processos industriais, tais como: recuperação demolibdênio87, tratamento de pedras preciosas89 etc.

O tratamento de solos através da oxidação química de contami-nantes (hidrocarbonetos - resíduo de petróleo, solventes, pesticidas,madeiras, etc.) usando peróxido de hidrogênio também tem sidoexplorado1,2. O peróxido de hidrogênio oxida os contaminantes emprodutos mineralizados (CO

2, sais e fragmentos orgânicos biodegra-

dáveis) e oferece inúmeras vantagens quando comparado aos méto-dos tradicionais1,2 no que se refere a preço, disponibilidade, produ-tos como água e oxigênio, química do processo bem conhecida,rapidez (algumas horas a poucas semanas) etc.

ASPECTOS NA QUÍMICA AMBIENTAL

Peróxido de hidrogênio e hidroxiperóxidos orgânicos são os me-nores constituintes da atmosfera natural e poluída90-92. Entretanto, des-de que o H

2O

2 é formado pela reação 2HO

2 º H2

O2 + O

2, e sua cinética

de reação é particularmente elevada em situações de fotoquímica, paraatmosferas poluídas (isto é, com grandes concentrações de radicaisHO•

2) há sempre um aumento na sua concentração.

Desta forma, o peróxido de hidrogênio originado estará sempreassociado com o aparecimento de H

2SO

4 e HNO

3, além de SO

2 e

NOx na atmosfera9,93; para o primeiro caso, pode-se representar a

seguinte reação HSO3- + H

2O

2 + H+ º SO

42- + H

2O + 2H+. Para se ter

idéia desta concentração, Sakugawa et al. 94 relataram valores deperóxido de hidrogênio da ordem de 10 nmol L-1 a 199 µmol L-1. A

produção destes oxidantes fotoquímicos (O3, H

2O

2, etc.) na atmosfe-

ra é controlada pela concentração de NOx (NO

2- + H

2O + UV º NO

+ OH- + OH•; NO3- + H

2O + UV → NO

2- + OH- + OH•; 2OH• →

H2O

2) juntamente com as condições climáticas e meteorológicas de

uma determinada área9,95. De fato, Peña et al.6 afirmaram que asmaiores concentrações de peróxido de hidrogênio foram encontra-das em amostras coletadas em áreas com alta atividade fotoquímicadevido ao intenso nível da radiação solar96-99 e também em áreas alta-mente industrializadas100-103. Outro fato interessante é que a produ-ção de peróxido de hidrogênio é sazonal, ou seja, depende das vari-ações anuais da radiação solar. Amostras analisadas em diferentesestações6 demonstraram os maiores valores (> 1 µmol L-1 H

2O

2) para

o período de março a agosto, exatamente primavera e verão (hemis-fério norte); durante o outono e inverno estes valores foram menoresque 0,5 µmol L-1 em H

2O

2.

Price e colaboradores3 verificaram a variação de concentraçãode peróxido de hidrogênio em amostras de águas de diferentes pro-cedências: água fresca, água de mar superficial e profunda, e água dechuva; os níveis de concentrações variaram de 50 a 3200, 100 a 300,< 5 e 8000 a 80000 nmol L-1, respectivamente. Saliente-se que emfunção da menor incidência da radiação solar (bloqueio pelas colu-nas de água), águas de profundezas apresentaram os menores valo-res de [H

2O

2].

DETERMINAÇÃO DE PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO

Apesar de suas características analíticas vantajosas, os métodoseletroquímicos (fenômenos químicos associados à separação e/outransferência das cargas) não são os mais sensíveis para a determina-ção de peróxido de hidrogênio e, geralmente, apresentam limites dedetecção da ordem de 1 a 0,1 µmol L-1. Entretanto, seus desempe-nhos (não apenas em termos de limites de detecção) têm melhoradoem muito por meio das modificações químicas ou eletroquímicasdos sensores amperométricos. Neste contexto, muito trabalho temsido realizado empregando-se os filmes de metal-hexacianoferrato(Me-HCF) modificando as superfícies dos eletrodos. Os hexaciano-ferratos de metais de transição, conhecidos catalisadores eletro-químicos, se devidamente depositados na superfície do eletrodo po-dem ser facilmente reduzidos104-107. Como exemplo, cita-se o filmede azul da Prússia (Fe

4[Fe(CN)

6]

3.nH

2O), onde a espécie reduzida

correspondendo ao branco da Prússia72,73,107 apresenta atividadecatalítica para redução do oxigênio molecular e peróxido de hidro-gênio em meio ácido69,70. Este filme age como um mediador de elé-trons entre o eletrodo e o peróxido de hidrogênio presente em solu-ção ou formado durante o curso de uma reação enzimática46,47. Des-de que esta atividade ocorre a baixo potencial (-50 mV vs. Ag/AgCl),é possível minimizar as espécies interferentes presentes em solução,e obter sensores amperométricos seletivos a H

2O

269,70,72,73,106,108,109.

Nesta linha de pesquisa, Itaya e colaboradores105 apresentaram adeterminação de peróxido de hidrogênio mesmo em presença deoxigênio molecular. Apesar de não ser um trabalho recente, tem sidouma referência para outros trabalhos, tal como o de Lin e colabora-dores110 que reportaram a modificação de eletrodo de carbono vítreocom filme de Co-HCF para a determinação de H

2O

2. Filmes de fer-

ro72 e crômio111 também já foram reportados, como sensoresamperométricos, para a determinação de peróxido de hidrogênio comsensibilidades iniciais da ordem de 0,3 e 1,52 Acm-2/mol L-1, respec-tivamente. Também trabalhando com filmes de metal de transição,para a determinação de peróxido de hidrogênio112, eletrodos de pastade carbono foram modificados com níquel, cobre e cobalto em pre-sença de hexacianoferrato. Na presença de Co-HCF, foi possível aobtenção de sensor com limite de detecção na ordem de 0,6 µmol L-1.Eletrodos de dióxido de titânio113, ouro114, carbono vítreo71 e pasta

Page 4: Peróxido de hidrogênio - importância e determinação

376 Quim. NovaMattos et al.

de carbono69 também foram modificados para a determinação de H2O

2.

A superfície do eletrodo de ouro114 foi modificada com camadas al-ternadas de poli-pirrol e PMo

12 (“1:12 phosphomolybdic anions”);

os autores relataram que a sensibilidade do eletrodo era aumentadacom o aumento do número de PMo

12.

Eletrodos de oxidação e redução (“redox”) foram empregadospara a determinação de baixas115 e altas116 concentrações de H

2O

2,

em amostras de águas de chuva e efluentes industriais, respectiva-mente. As metodologias foram baseadas no sistema Fe(II)/Fe(III)em presença de soluções-tampão. A determinação potenciométricade peróxido de hidrogênio (e ozônio) também foi apresentada117.

Eletrodos baseados em filme de óxido de In/Sn118, também co-nhecidos por eletrodos “ITO”, foram empregados para a determina-ção amperométrica de peróxido de hidrogênio. Foi reportado, inter-valo linear entre 84 µmolL-1 e 2,1 mmolL-1 (2,9 e 71,4 mg L-1) assimcomo limite de detecção correspondente a 1,9 mg L-1. Um métodopolarográfico de análise foi empregado para a determinação deperóxido de hidrogênio em detergentes da indústria têxtil119. Nestetrabalho, além da determinação de H

2O

2, foi demonstrada a

potencialidade da técnica para a determinação de oxigênio dissolvi-do oriundo da reação de decomposição de peróxido de hidrogênio.

Um microeletrodo de platina120 foi empregado para a quanti-ficação (in vivo) de peróxido de hidrogênio em ratos. Saliente-se queo H

2O

2 tem sido avaliado em tecidos de animais predadores e até em

seres humanos, pois acredita-se que haja uma relação direta entre osdistúrbios celulares17-24 e o aumento da concentração de peróxido dehidrogênio.

Platina, na forma de malha de ultramicroeletrodos, também foiempregada na quantificação de H

2O

2 em águas de piscinas121. Apesar

de seu poder desinfetante não ser tão eficiente quanto o do cloro,peróxido de hidrogênio tem sido muito empregado em piscinas depaíses europeus (especialmente Alemanha) pois, além de evitarirritações nos olhos e mucosas, é muito menos agressivo ao cabelo ecouro cabeludo. Sua concentração nestes ambientes pode variar en-tre 50 e 150 mg L-1. Ainda com relação à platina, Kim et al.122 repor-taram um sensor amperométrico para a determinação de peróxido dehidrogênio no intervalo de 0,1 a 1 mmol L-1. Esses autores tambémempregaram este sensor como base para o biossensor que foi usadopara a determinação de creatinina em fluídos biológicos.

Trabalhando com método automatizado baseado nos sistemas FIA(“flow injection analysis”), Kulys123 propôs a determinação de peróxidode hidrogênio empregando-se catalase. Essa enzima foi imobilizadaem membrana à base de polietileno glicol (PEG) sobre sensor sensívela oxigênio. Também empregando-se sensor para oxigênio e na presen-ça de catalase, outros biossensores foram desenvolvidos para a deter-minação de H

2O

2124,125. Ainda com um biossensor à base de catalase,

Campanella et al.42 reportaram a determinação de peróxido de hidro-gênio em formulações farmacêuticas e cosméticos.

Yabuki e colaboradores126 propuseram a determinação deperóxido de hidrogênio empregando eletrodo de carbono vítreomodificado com ferroceno e peroxidase. O sensor apresentou tempode resposta de 15 s, intervalo linear de até 10 mmol L-1 e limite dedetecção da ordem de 0,5 µmol L-1. Trabalhando com pasta de car-bono, Razola et al.127 apresentaram eletrodo enzimático baseado emperoxidase imobilizada em presença de vários mediadores. Dimetil-ferroceno culminou nos melhores resultados, com intervalo linearde 2 nmol L-1 a 10 µmol L-1 e limite de detecção de 1 nmol L-1. Aincorporação de membrana polimérica128 à base de NafionMR (“Nafionperfluorinated ion-exchange powder”) melhorou o limite de detecçãopara 0,1 nmol L-1.

Tratando-se ainda de biossensores baseados em pasta de carbono,Oungpipat e colaboradores129 propuseram a determinação de peróxidode hidrogênio por meio de ferroceno e tecido de aspargo a 0,0 vs.

ECS. O tecido agia como fonte natural de peroxidase e ferroceno comomediador, ou seja, facilitava a transferência de elétrons entre a superfí-cie do eletrodo e o peróxido de hidrogênio produzido. O bioeletrodoexibiu resposta linear até 60 µmol L-1 e limite de detecção de 0,4 µmolL-1. Empregando mediador baseado em ósmio e peroxidase imobiliza-da em gel, peróxido de hidrogênio foi amperometricamente determi-nado a -50 mV vs. Ag/AgCl130. Não foram encontradas interferênciasde ácido úrico, dopamina e ácido ascórbico. Segundo o autor, o sensorse mostrou estável por 4 semanas.

Outros exemplos de determinação eletroquímica de peróxido dehidrogênio estão apresentadas na Tabela 1.

Os métodos espectrofotométricos (baseados na absorção da radia-ção UV-visível) têm sido muito citados, visando a determinação deperóxido de hidrogênio. São baseados na oxidação de metais, reaçãocom cromogênicos (na presença de catalisador) ou formação de com-plexos. Apesar de suas características analíticas vantajosas para a de-terminação de peróxido de hidrogênio, muito trabalho tem sido reali-zado utilizando os métodos quimiluminescentes, especialmente emaplicações na química ambiental. A razão é que estes métodos sãoadequados para determinações de baixas concentrações de H

2O

2131 ;

normalmente, os limites de detecção estão na ordem de 0,1 a0,01 µmol L-1. A quimiluminescência (QM) do luminol, por exemplo,é acelerada por diferentes catalisadores (ou co-oxidantes), e a relaçãoentre a concentração de peróxido de hidrogênio e a QM está interliga-da com o catalisador a ser empregado131. Assim, com hexaciano-ferrato(III), o sinal de QM é diretamente proporcional a [H

2O

2] no

intervalo de concentração entre 0,01 µmol L-1 e 0,1 mmol L-1; comCu(II) não existe linearidade e com a peroxidase a QM é proporcionalao quadrado da concentração de H

2O

2131.

As reações baseadas em QM, que pode ser definida como a emis-são de luz (ultravioleta, visível ou radiação infra-vermelho) oriundade uma reação química132, podem ocorrer em todas as fases, mas é nafase líquida onde são demonstradas as maiores aplicações133-135. Hátambém alguns trabalhos em fase gasosa com aplicações am-bientais136,137. Dentre os métodos de análise não se pode deixar dereferenciar o peróxi-oxalato, considerado uma das reações quimilumi-nescentes mais importantes que existe138,139.

Escobar et al.140 apresentaram um método automatizado para adeterminação de peróxido de hidrogênio em culturas de microalgas.O método foi baseado na reação de luminol e H

2O

2 com emprego de

Cr(III) como catalisador. Foram reportados limites de detecção daordem de 0,04 µmol L-1 e empregos da peroxidase substituindo Cr(III).Yuan e Shiller também usaram o sistema luminol + H

2O

2, porém

com o cobalto como catalisador e monitoraram os teores de peróxidode hidrogênio em águas de chuva141-144.

Peróxido de hidrogênio (até 10 µmol L-1) foi determinado porLin et al. por meio do sistema KIO

4 e K

2CO

3. O periodato pode oxi-

dar reagentes quimiluminescentes direta ou indiretamente em meiolevemente alcalino145. Periodato também foi empregado para oxidarluminol para determinação de H

2O

2 (além de glicose e ácido

ascórbico)146. O sistema luminol e peroxidase foi empregado por Diaze colaboradores147 como base para a determinação de H

2O

2 em deter-

gentes para lentes de contato.Saliente-se que as “peroxidases” têm sido a base de muitos ou-

tros sensores, pois permitem a ampliação da resposta do sensor. Alémdisso, apresentam alta estabilidade, reação sob temperatura ambien-te e amplo intervalo de pH148. Suas propriedades catalíticas, estrutu-rais e eletroquímicas foram recentemente revisadas, demonstrandosua importância e adequação para as mais diversas utilizações149. Osistema peroxidase negro de eriocromo-T150, ácido 4-hidroxi-fenilacético151, ácido 4-hidrofenilpropiônico152,153, tem sido muitoempregado para a determinação de peróxido de hidrogênio nas maisvariadas aplicações.

Page 5: Peróxido de hidrogênio - importância e determinação

377Peróxido de Hidrogênio: Importância e DeterminaçãoVol. 26, No. 3

Tabela 1. Alguns exemplos de determinação eletroquímica de peróxido de hidrogênio

Técnica Sensor Especificação/sensor Potencial Intervalo linear Limite Aplicação Referênciadetecção

A Eletrodo modificado Carbono vítreo/HCF -100 mV (Ag/AgCl) 5 µmol L-1 - 62,5 nmol L-1 110

1,1 mmol L-1

A Eletrodo modificado Carbono vítreo/HCF 0 mV (Ag/AgCl) 0,01 - 1 mmol L-1 0,03 µmol L-1 111

A Eletrodo modificado Carbono vítreo -50 mV (Ag/AgCl) 5 - 50 µmol L-1 0,5 µmol L-1 72

A Eletrodo modificado TiO2 com HCF -50 mV (Ag/AgCl) 1,6 µmol L-1 - 113

3,2 mmol L-1

A Eletrodo modificado Ouro 100 mV (ECS) 10 µmol L-1 - 1 µmol L-1 114

10 mmol L-1

A Eletrodo modificado Carbono vítreo 435 mV (Ag/AgCl) 0,1 - 20 mmol L-1 40 µmol L-1 71

A Eletrodo modificado Pasta de carbono -200 mV (Ag/AgCl) 2,8 - 8,4 mmol L-1 69

P Eletrodo redox 480 mV (Ag/AgCl) 10 - 50 mmol L-1 Indústra 116

1,98 - 9,86 mol L-1 têxtil

P Eletrodo redox 0,4 µmol L-1 Ambiental 115

(água)

A Ultramicroeletrodo Platina 670 mV (Ag/AgCl) 0 - 150 mg L-1 Água (piscina) 121

A Microeletrodo Platina 0,1 - 3 µmol L-1 0,03 µmol L-1 Clínica 120

A Eletrodo de carbono Carbono-platina 500 mV (Ag/AgCl) 0 - 1 mmol L-1 122

A Biossensor Sensor para oxigênio 10 µmol L-1 - 124

3 mmol L-1

A Biossensor Sensor para oxigênio 0 - 145 mmol L-1 Solvente 125

(sol. aquosa) orgânico

0 - 152 mmol L-1

(sol. org.)

A Biossensor Carbono vítreo -240 mV (ECS) 0,01 - 1,5 mmol L-1 5 µmol L-1 64

A Biossensor Carbono vítreo -200 mV (Ag/AgCl) 0 - 10 µmol L-1 0,5 µmol L-1 126

A Biossensor Carbono vítreo -50 mV (Ag/AgCl) 0,1 - 100 µmol L-1 0,1 µmol L-1 70

A Biossensor Carbono vítreo +90 mV (Ag/AgCl) 0 - 2,86 mmol L-1 165

A Biossensor Carbono vítreo -50 mV (Ag/AgCl) 0,1 - 3,4 mmol L-1 0,5 µmol L-1 166

A Biossensor Pasta de carbono -100 mV (Ag/AgCl) 20 µmol L-1 - 167

2,6 mmol L-1

A Biossensor Pasta de carbono 0,01 - 10 µmol L-1 8,5 nmol L-1 Indústria de 168

alimentos

A Biossensor Grafite pirolítico -280 mV (ECS) 0 - 10 mmol L-1 Indústria de 169

alimentos

A Biossensor Grafite epóxi e grafite -300 e 0,03 - 7 mmol L-1 (g) e 170

epóxi + platina -50 mV (Ag/AgCl) 0,09 - 9 mmol L-1 (g-Pt)

C Biossensor Ouro (microeletrodo) 5 - 300 µmol L-1 171

P - potenciométrica; A - amperométrica; C - condutométrica.

Ainda com relação aos métodos espectrofotométricos, Huang etal.154,155 reportaram a determinação de H

2O

2 empregando várias

enzimas e reagentes, tais como 4-aminoantipiridina e N,N-dietila-nilina, porfirirna etc. Um método fundamentado em titulação foto-química156 e outro com eletrodo de filme de TiO

2 e resposta lumines-

cente157 foram empregados para quantificar H2O

2. Esta espécie

também foi determinada em águas estuarinas e de mar através deproposta automatizada com detecção fluorescente158.

Wu e colaboradores159 apresentaram a determinação automatizadade peróxido de hidrogênio baseada na indução da deflexão do feixeóptico, causada pelo calor de reação da decomposição da H

2O

2 pela

catalase. O sinal defletido foi proporcional à concentração deperóxido de hidrogênio. Sansal e Somer160 reportaram a utilizaçãodo infra-vermelho (FTIR) para a determinação de peróxido de hi-drogênio formado durante a reação. Como é uma técnica nãodestrutiva e não necessita da adição de reagentes, os autores afirma-ram que apresentava vantagens em relação a outros métodos, pois

não haveria uma alteração da composição química em função daadição destes reagentes. Simulando uma mistura contendo ácidoascórbico, riboflavina e solução-tampão à base de citrato, ilumina-ram a mesma e monitoraram o incremento na concentração de H

2O

2.

Esta técnica foi utilizada inicialmente como método comparativo àpolarografia de pulso diferencial para determinação de peróxido dehidrogênio161-163.

Recentemente, Oliveira e colaboradores164 apresentaram umaproposta bastante versátil para o monitoramento do peróxido de hi-drogênio em processo de fotodegradação do ácido dicloracético. Ométodo foi baseado na reação entre vanadato e peróxido de hidrogê-nio em meio ácido (446 nm). O sistema demonstrou a versatilidadede uma metodologia de baixo custo e relativamente simples para omonitoramento de processos.

Outros exemplos da determinação de peróxido de hidrogênioestão apresentados na Tabela 2.

Page 6: Peróxido de hidrogênio - importância e determinação

378 Quim. NovaMattos et al.

CONCLUSÕES

Sejam nas utilizações do peróxido de hidrogênio ou nas suasconsiderações no meio ambiente, observa-se que é de suma impor-tância que se desenvolvam procedimentos para a sua determinaçãoe/ou monitoramento. Com o emprego de um sensor para H

2O

2, pode-

se monitorar sua concentração durante um processo de oxidação emlinha e, conseqüentemente, incrementar o controle de qualidade deum efluente industrial.

É desejável contar com novas propostas de determinação equantificação com rapidez, seletividade, sensibilidade e precisão. Odesenvolvimento de novos sensores (eletroquímicos, ópticos, etc.)deve culminar com novas propostas para a determinação e, princi-palmente, o monitoramento em linha desta espécie química. O obje-tivo final é otimizar a utilização de H

2O

2 (na forma isolada ou com-

binada) nas mais diversas aplicações. O mais importante é que anova proposta demonstre sua viabilidade econômica e que realmen-

te apresente potencial para minimizar o risco da contaminaçãoambiental, adequação ao monitoramento de processos etc. Nestecontexto, o acoplamento com os sistemas automatizados, com desta-que para os sistemas FIA, devem fortalecer propostas.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à FAPESP pelo suporte financeiro e aoProf. Dr E. A. G. Zagatto por valiosas considerações.

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Tabela 2. Exemplos de determinação de peróxido de hidrogênio com diferentes finalidades

Técnica Considerações da detecção Intervalo linear Limite de detecção Aplicação Referência

Q Luminol e Co(II) 3,5 - 71 µmol L-1 Ambiental 141(águas de chuva)

Q Luminol e peroxidase 0 - 8 µmol L-1 0,13 µmol L-1 Caracterização 131Q Periodato de potássio em 5 nmol L-1 - 0.1 µmol L-1 5 nmol L-1 Ambiental 145

meio alcalino (K2CO

3) (águas de geleira)

Q Luminol e periodato 0,2 µmol L-1 - 0,6 mmol L-1 30 nmol L-1 Clínica 146Q Luminol e peroxidase 0,1 - 3,0 mmol L-1 0,67 mmol L-1 Detergentes 147

(lentes de contato)Q Luminol e Co(II) 40 nmol L-1 - 10 µmol L-1 12 nmol L-1 Ambiental 55

(águas de chuva)EL Luminol em meio alcalino 10 µmol L-1 - 0,5 mmol L-1 4,3 mmol L-1 Caracterização 172

(sistema K2CO

3)

UV-vis Ácido p-hidroxifenilacético 0,04 - 6,6 mg L-1 Ambiental 173e peroxidase (ar atmosférico)

UV-vis Trifenil fosfina (TPP) 10 mmol L-1 - 10 mol L-1 Detergentes 174UV-vis Ferro-Porfirina (590 nm) 3,5 - 70 µmol L-1 1 µmol L-1 Clínica 175UV-vis 5-Br-PADAP e Ti(IV) ) 0,02 - 5,0 mol L-1 p/ V(V) 0,016 p/ V(V) e Ambiental 142

ou V(V 0,15 - 5 µmol L-1 p/ Ti(IV) 0,15 µmol L-1 p/ Ti(IV) (água de chuva)UV-vis 1,2-diaminobenzeno e 50 nmol L-1 - 3,5 µmol L-1 9,2 nmol L-1 Ambiental 143

hemoglobina (água de chuva)UV-vis Eriocromo-T e peroxidase 0,2 - 10 µmol L-1 Caracterização 150UV-vis Fenol e peroxidase 2 µmol L-1 - 0,1 mmol L-1 0,5 µmol L-1 Ambiental 177

(águas de chuva)F Ácido p-hidroxifenilacético 0 - 5 µmol L-1; 21,5 nmol L-1; Ambiental 6

e peroxidase; (água de chuva)Ácido benzóico e sulfato 0 - 7,4 µmol L-1 1,98 nmol L-1

ferroso/ácido sulfúricoF Ácido p-hidroxifenilacético 5 - 50 nmol L-1 5 nmol L-1 Ambiental 151

e peroxidase (água de mar)F Hidrazida (-NHNH

2), 0 - 1000 ng ml-1 Clínica 176

530 (em.) e 508 nm (exc.)F Ácido p-hidroxifenilacético 1,4 - 134,8 µmol L-1 Ambiental 144

e peroxidase (ar/água de chuva)F Ácido p-hidroxifenilpropiônico Ambiental 9

e peroxidaseF Ácido p-hidroxifenilpropiônico 1 - 3,6 µmol L-1 13 nmol L-1 Clínica 153

e peroxidaseF Ácido p-hidroxifenilpropiônico 50 - 1000 ng ml-1 50 ng ml-1 Ambiental 54

e peroxidase

Q - quimiluminescência; EL - eletro-luminescência; UV-vis - espectrofotometria UV-visível; F - fluorescência; 5-Br-PADAP - “2(5-bromo-2-pyridylazo)-5-diethylaminophenol”.

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